冷卻塔噪聲環(huán)境影響評(píng)價(jià)及污染防治措施分析

李 強(qiáng)

(重慶市環(huán)境保護(hù)工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，重慶 400020)

1 引言

冷卻塔[1]是利用水和空氣的接觸，通過(guò)蒸發(fā)作用來(lái)散去工業(yè)上或制冷空調(diào)中產(chǎn)生的廢熱的一種設(shè)備。隨著大型酒店、商場(chǎng)、高檔住宅樓以及高檔辦公樓等大型建筑不斷出現(xiàn)，這些商用、民用建筑，普遍采用中央空調(diào)系統(tǒng)，尤其以冷卻塔為主，以達(dá)到節(jié)約用水和節(jié)省動(dòng)力消耗的目的。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的快速發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加快，人們對(duì)其居住聲環(huán)境質(zhì)量的要求日益提高，民用冷卻塔噪聲污染投訴事件逐年提高。因此，在環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作中，通過(guò)對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)中冷卻塔的正確選型、合理設(shè)置位置、以及采取經(jīng)濟(jì)、技術(shù)可行的降噪措施以最大程度地降低冷卻塔噪聲對(duì)環(huán)境的污染。

2 冷卻塔的工作機(jī)理及分類

2.1 冷卻塔的工作機(jī)理

冷卻塔工作機(jī)理的核心內(nèi)容是通過(guò)冷凝器進(jìn)行冷熱交換，以便帶走熱量。制冷劑被壓縮機(jī)壓縮成為高溫高壓狀態(tài)的氣體，在冷凝器內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏撼貭顟B(tài)的氣液混合物，上述過(guò)程釋放出來(lái)的熱量由冷凝器中相應(yīng)介質(zhì)輸送到冷卻塔內(nèi)進(jìn)行冷熱交換，以降低相應(yīng)介質(zhì)的溫度，來(lái)進(jìn)行循環(huán)使用。

2.2 冷卻塔的分類

冷卻塔的分類可以按照通風(fēng)方式，熱水和空氣的接觸，流動(dòng)方向方式，形狀、噪聲源強(qiáng)大小等進(jìn)行分類，其中在環(huán)境影響評(píng)價(jià)中最關(guān)注的為通風(fēng)方式和噪聲級(jí)別劃分。

根據(jù)通風(fēng)方式分類：有自然通風(fēng)冷卻塔、風(fēng)機(jī)輔助通風(fēng)的自然通風(fēng)冷卻塔即在自然風(fēng)冷空氣入口處加設(shè)風(fēng)機(jī)、機(jī)械通風(fēng)冷卻塔即采用塔頂部風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)方式，機(jī)械通風(fēng)式冷卻塔目前應(yīng)用最為廣泛。

根據(jù)噪聲源強(qiáng)大小：可分為普通型、低噪聲型、超低噪聲型、超靜音型等冷卻塔。

3 冷卻塔噪聲的環(huán)境影響評(píng)價(jià)具體步驟

在實(shí)際環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作中，如果項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案或者業(yè)主中已確定冷卻塔供貨廠家，可根據(jù)冷卻塔供應(yīng)廠家提供的相關(guān)產(chǎn)品性能資料中明確的冷卻塔噪聲源強(qiáng)按照相應(yīng)的預(yù)測(cè)模式進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)，根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，采取經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行的降噪措施；若項(xiàng)目尚處于規(guī)劃設(shè)計(jì)或者可行性研究階段，冷卻塔供貨廠界尚未確定，型號(hào)無(wú)法獲得時(shí)，就需要根據(jù)建筑物暖通設(shè)計(jì)情況，首先選擇合適的冷卻塔型號(hào)，然后根據(jù)確定的預(yù)計(jì)型號(hào)，進(jìn)行噪聲影響預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)及采取相應(yīng)的噪聲污染防治措施。

3.1 冷卻塔選型的方法

當(dāng)冷卻塔型號(hào)尚未確定時(shí)，冷卻塔具體方法如下。

3.1.1 確定冷負(fù)荷概算指標(biāo)值

冷卻塔的確定建立在制冷機(jī)確定的基礎(chǔ)之上，環(huán)境影響評(píng)價(jià)中計(jì)算冷卻塔的制冷量，可采用估算法，主要依據(jù)空調(diào)冷負(fù)荷概算指標(biāo)獲得，如商場(chǎng)、百貨大樓和營(yíng)業(yè)室為150～250 W/m2，辦公為90～120 W/m2，公寓、住宅為80～90 W/m2，北方地區(qū)一般取上限值。

3.1.2 制冷量計(jì)算

如以建筑面積約54422.65 m2(41F)的某高層辦公樓為例，對(duì)于辦公冷負(fù)荷指標(biāo)選取上限值120 W/m2，則冷卻塔制冷量=建筑物總建筑面積×空調(diào)冷負(fù)荷指標(biāo)，如上述例子，制冷量=54422.65×120 W=6530.718 kW，相當(dāng)于約1850冷t，其中1冷t相當(dāng)于制冷量3.53 kW。

3.1.3 確定制冷機(jī)和冷卻塔型號(hào)

根據(jù)《實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)》規(guī)定[2]，中央空調(diào)制冷機(jī)的數(shù)量一般采用2～4臺(tái)。民用建筑中央空調(diào)的制冷機(jī)通常為壓縮機(jī)形式，按冷量從大到小分為離心式、螺桿式、活塞式 ，當(dāng)制冷量超過(guò)700kW時(shí)即采用離心式，其他一般為螺桿式。通過(guò)制冷量的確定，查找相對(duì)應(yīng)的冷凝器額定水量(冷卻水量)，從廠家提供的冷卻塔樣本中選擇合適的冷卻塔型號(hào)。

3.2 冷卻塔噪聲源分析及源強(qiáng)的確定方法

一般冷卻塔噪聲以風(fēng)機(jī)噪聲和淋水噪聲為主，同時(shí)冷卻塔是屬于低、中、高頻兼有的寬頻帶噪聲[3]，目前廣泛使用的冷卻塔是機(jī)械通風(fēng)玻璃鋼冷卻塔。其噪聲源強(qiáng)可以通過(guò)估算法和類比實(shí)測(cè)法確定。

公式法：機(jī)械通風(fēng)機(jī)冷卻塔的噪聲[4]，其聲功率級(jí)主要是風(fēng)機(jī)噪聲決定的，根據(jù)1.Dyer等研究，提出計(jì)算近似式為：Lw=105+10logHP；HP為風(fēng)機(jī)馬力。

隨著冷卻塔結(jié)構(gòu)的發(fā)展和低噪聲風(fēng)機(jī)的采用，分析實(shí)際測(cè)定數(shù)據(jù)，公式可改寫為：

Lw=105-k+10logHP。

類比實(shí)測(cè)法：應(yīng)注意類比監(jiān)測(cè)的條件，如需足夠準(zhǔn)確的了解冷卻塔周圍的聲壓級(jí)，至少對(duì)4個(gè)側(cè)面和頂部45°方向，距風(fēng)機(jī)出口1.5m進(jìn)行測(cè)量，近似獲得聲功率級(jí)。針對(duì)玻璃鋼冷卻塔的噪聲測(cè)量應(yīng)按照《玻璃纖維增強(qiáng)塑料冷卻塔》(GB7190-88)規(guī)定，測(cè)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在距塔徑一倍處測(cè)量。

一般情況下單體冷卻塔出風(fēng)口噪聲級(jí)范圍在66～71 dB之間，低噪聲冷卻塔出風(fēng)口噪聲級(jí)范圍在61～66 dB之間，超低噪聲冷卻塔出風(fēng)口噪聲低于61dB。2008年國(guó)家環(huán)保局《環(huán)境保護(hù)產(chǎn)品技術(shù)要求低噪聲型冷卻塔》(HJ/T385-2007)給出了不同型號(hào)低噪聲冷卻塔標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)、出風(fēng)筒斜450外方向測(cè)點(diǎn)的噪聲限值[5]。

3.3 冷卻塔聲環(huán)境影響預(yù)測(cè)方法及評(píng)價(jià)內(nèi)容

3.3.1 預(yù)測(cè)模式

冷卻塔噪聲預(yù)測(cè)方法一般采用模式法，在噪聲環(huán)境影響評(píng)價(jià)中主要按照生態(tài)環(huán)境部頒布的相應(yīng)聲環(huán)境導(dǎo)則中的面源預(yù)測(cè)模式[6]。

將冷卻塔振動(dòng)表面看做面源中心軸線，當(dāng)預(yù)測(cè)點(diǎn)和面聲源中心距離r 處于以下條件時(shí)，可采用下述方法進(jìn)行近似計(jì)算：rb/π 時(shí)，距離加倍衰減趨近于6 dB，類似點(diǎn)聲源衰減特性(Adiv≈20 lg(r/r0))。其中面聲源的b>a。

3.3.2 預(yù)測(cè)內(nèi)容

首先確定冷卻塔的型號(hào)、源強(qiáng)、數(shù)量以及所在位置，其次給出冷卻塔與預(yù)測(cè)點(diǎn)的距離、高差，分析冷卻塔與敏感目標(biāo)之間聲波的傳播途徑，給出影響聲波傳播的地面狀況、障礙物、樹林等，預(yù)測(cè)冷卻塔的廠界噪聲，給出廠界噪聲的最大值及位置，以及廠界附近敏感目標(biāo)的貢獻(xiàn)值、預(yù)測(cè)值、預(yù)測(cè)值與現(xiàn)狀值的差值，環(huán)境保護(hù)目標(biāo)受冷卻塔噪聲的影響程度，確定噪聲影響的最大范圍，以及受該噪聲影響的人口具體分布情況，根據(jù)評(píng)價(jià)工作等級(jí)，給出評(píng)價(jià)結(jié)果。

4 冷卻塔噪聲評(píng)價(jià)內(nèi)容

環(huán)保部頒布的《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 聲環(huán)境》(HJ2.4-2009)中，通過(guò)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的確定和評(píng)價(jià)內(nèi)容兩方面來(lái)確定。

4.1 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的確定

主要是通過(guò)冷卻塔所處國(guó)家劃定的聲環(huán)境功能區(qū)和用途，來(lái)確定其所選用的標(biāo)準(zhǔn)，如作為大型商業(yè)集中供暖或者供冷，其應(yīng)執(zhí)行的是《社會(huì)生活環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB22337-2008)[7]，如作為辦公樓或者企業(yè)，日常供暖或提供循環(huán)冷卻水使用，其應(yīng)執(zhí)行的是《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB12348-2008)[8]。

4.2 評(píng)價(jià)內(nèi)容

根據(jù)聲環(huán)境影響預(yù)測(cè)結(jié)果和國(guó)家相關(guān)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，確定冷卻塔噪聲的影響程度及影響范圍，并進(jìn)行項(xiàng)目廠界和環(huán)境保護(hù)目標(biāo)的達(dá)標(biāo)分析。對(duì)于新建項(xiàng)目廠界是否達(dá)標(biāo)，是以冷卻塔噪聲的貢獻(xiàn)值進(jìn)行評(píng)價(jià)，改擴(kuò)建項(xiàng)目(主要以工業(yè)企業(yè)為主)廠界是否達(dá)標(biāo)，是以新增冷卻塔噪聲在項(xiàng)目廠界的貢獻(xiàn)值與現(xiàn)有項(xiàng)目邊界噪聲值(以監(jiān)測(cè)值為主)疊加后的預(yù)測(cè)值進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)于環(huán)境保護(hù)目標(biāo)是否達(dá)標(biāo)，則是以冷卻塔噪聲在敏感目標(biāo)處的貢獻(xiàn)值和現(xiàn)狀值疊加后的預(yù)測(cè)值進(jìn)行評(píng)價(jià)。

4.3 評(píng)價(jià)結(jié)果

通過(guò)上述分析后，分析冷卻塔噪聲在廠界和環(huán)境保護(hù)目標(biāo)處是否超標(biāo)，如超標(biāo)，需要分析其超標(biāo)原因。并提出經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行的降低冷卻塔噪聲影響的污染防治措施。

5 冷卻塔噪聲污染防治措施分析

5.1 冷卻塔噪聲污染防治的一般原則

對(duì)于冷卻塔的噪聲污染防治主要是以規(guī)劃防治對(duì)策、技術(shù)防治措施和管理措施三方面來(lái)減緩冷卻塔噪聲的環(huán)境影響。

5.1.1 規(guī)劃防治對(duì)策

主要是從冷卻塔選址考慮[9]，主要從幾個(gè)方面考慮：冷卻塔選址應(yīng)盡量遠(yuǎn)離住戶密集區(qū)等對(duì)聲環(huán)境要求較高的地區(qū)；應(yīng)避免位于狹小空間或兩棟建筑的狹縫區(qū)域，避免產(chǎn)生共振現(xiàn)象。

5.1.2 管理措施

主要是加強(qiáng)冷卻塔日常的運(yùn)營(yíng)監(jiān)管和維護(hù)，確保冷卻塔有效、達(dá)標(biāo)運(yùn)行。

5.1.3 技術(shù)防治措施

根據(jù)噪聲影響的特點(diǎn)，一般采取聲源、聲傳播途徑降低噪聲措施以及敏感目標(biāo)自身防護(hù)措施。

一般優(yōu)先考慮的是冷卻塔的合理選址，而最常見(jiàn)的冷卻塔降噪措施主要是通過(guò)聲源和聲傳播途徑的降噪來(lái)減緩冷卻塔噪聲影響。

5.2 冷卻塔噪聲技術(shù)防治措施

國(guó)家環(huán)保部于2013年發(fā)布了《環(huán)境噪聲與振動(dòng)控制工程導(dǎo)則》(HJ2034-2013)，要求大型冷卻塔和風(fēng)冷室外機(jī)組應(yīng)因地制宜地采取不同隔聲結(jié)構(gòu)或隔聲、消聲復(fù)合結(jié)構(gòu)，降低其環(huán)境影響[10]。因此，主要探討對(duì)淋水噪聲和風(fēng)機(jī)噪聲的降噪措施。

5.2.1 淋水噪聲降噪措施

根據(jù)淋水噪聲的特點(diǎn)，降低它的方法一般分為兩大類：削弱塔內(nèi)聲源強(qiáng)度和阻斷塔外傳播途徑．由于水滴噪聲源于水滴撞擊水面由動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)槁暷艿木壒剩魅趼曉磻?yīng)在水滴濺落到水面之前，有效地將其能量消除或減弱[11]。

一般降低淋水噪聲的措施有：增加冷卻塔填料厚度，改進(jìn)填料布置形式；在填料與受水盤水面之間懸吊高壓聚乙烯材料制成的消聲材料，減小落水差，使水滴細(xì)化；在受水面上鋪設(shè)聚氨酯多孔泡沫塑料。其在具有泡沫塑料的柔軟性的同時(shí)又具有多孔漏水的通水性，減小落水撞擊噪聲；在進(jìn)風(fēng)口增設(shè)拋物線形狀的擋聲板，在進(jìn)風(fēng)不受影響的同時(shí)落水噪聲不會(huì)向外輻射。

5.2.2 設(shè)置聲屏障

在冷卻塔降噪措施中，聲屏障是比較常用的的降噪措施，在冷卻塔周圍設(shè)置聲屏障是要考慮以下3點(diǎn)：聲屏障雖有降噪效果，但其會(huì)影響冷卻塔正常通風(fēng)，降低冷卻效果；聲屏障一般只設(shè)置一個(gè)邊，最多呈L形布置；冷卻塔一般均布置在屋頂處，將增大聲屏障受風(fēng)面積，受風(fēng)壓力大，安裝建筑是否牢固，有無(wú)安裝位置。

5.2.3 增設(shè)消聲器

在冷卻塔進(jìn)出風(fēng)口增設(shè)消聲器，在考慮消聲量外，通風(fēng)阻力要小。

進(jìn)風(fēng)口一般增設(shè)進(jìn)風(fēng)消聲圍裙，即為一種消聲空腔。進(jìn)風(fēng)先通過(guò)消聲百葉窗，然后進(jìn)入環(huán)狀消聲腔，使淋水噪聲通過(guò)進(jìn)風(fēng)口外輻射量有大的衰減。

6 實(shí)例

某房地產(chǎn)環(huán)境影響評(píng)價(jià)中，項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)中，冷卻塔集中布置于1#辦公樓商業(yè)裙樓屋頂頂部，作為辦公樓中央空調(diào)使用，僅晝間使用，共3臺(tái)，并排安裝，尺寸為長(zhǎng)8.2 m×寬5.6 m×高4.0 m，在選型時(shí)采用了最新的低噪聲風(fēng)冷冷卻塔，其單臺(tái)工作時(shí)產(chǎn)生的噪聲值約65 dB，項(xiàng)目距離冷卻塔最近的建筑為1#辦公樓，距離約為5 m，距離最近居民樓45 m。

按照《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 聲環(huán)境》(HJ2.4-2009)中的面源預(yù)測(cè)模式進(jìn)行預(yù)測(cè)，冷卻塔對(duì)1#辦公樓和民安園的噪聲貢獻(xiàn)值分別為65.4 dB和46.3 dB，根據(jù)上述分析，冷卻塔對(duì)1#辦公樓影響較大，噪聲不能滿足《社會(huì)生活環(huán)境排放噪聲標(biāo)準(zhǔn)》(GB22337-2008)2類標(biāo)準(zhǔn)：晝間≤Leq60 dB(A)。

考慮到冷卻塔噪聲投訴事件頻發(fā)，評(píng)價(jià)提出調(diào)整冷卻塔布局位置，調(diào)整后，距離最近居民樓60 m，同時(shí)對(duì)影響較大的1#辦公樓，提出采取面向1#辦公樓側(cè)設(shè)置隔聲板，進(jìn)出風(fēng)口設(shè)置吸聲材料等降噪措施，在排風(fēng)口設(shè)置彎頭，朝向道路側(cè)，以盡可能降低對(duì)周邊環(huán)境的影響。

7 結(jié)語(yǔ)

噪聲影響是冷卻塔的主要環(huán)境影響因素之一。在建設(shè)項(xiàng)目尚處于規(guī)劃階段或者可行性研究階段，冷卻塔型號(hào)尚未明確時(shí)，首先通過(guò)估算制冷量來(lái)對(duì)冷卻塔進(jìn)行初步選型，根據(jù)冷卻塔型號(hào)、大小的不同，通過(guò)選擇正確的預(yù)測(cè)模式法進(jìn)行噪聲環(huán)境影響預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，從冷卻塔合理平面布局、從源頭降低源強(qiáng)噪聲、控制傳播途徑和加強(qiáng)管理措施等方面進(jìn)行噪聲污染防治措施考慮，以減緩冷卻塔噪聲對(duì)周圍環(huán)境的影響。